根据华盛顿大学圣路易斯医学院的一项新研究，某些与健康有关的人类肠道微生物在饲喂膳食纤维中的特定类型成分时会茁壮成长。

这项工作 - 在人类肠道细菌定植的小鼠中进行，并使用新技术测量营养加工 - 是根据有针对性地丰富肠道微生物群落成员的策略开发更有营养的食物的一步。研究人员发现纤维能够选择性地增加有益微生物的丰度，并追踪纤维的生物活性成分。为了破译肠道社区的成员如何竞争或相互合作这些纤维成分，他们还发明了一种人造食物颗粒，作为生物传感器，用于监测肠道内的营养加工。

该研究于9月19日出现在Cell杂志上。

“我们正处于食品科学革命之中 - 使用先进的分析工具识别各种食品中存在的天然分子，”资深作者Jeffrey I. Gordon博士说，Robert J. Glaser博士杰出大学教授，爱迪生家庭科学与系统生物学家庭中心主任和当前研究的领导者。“由此产生的食品成分百科全书提供了一个机会，了解肠道微生物如何能够检测和转化这些成分，使其成为满足自身需求的产品，并与我们分享。破解有益微生物的膳食成分的代码贪图是设计增强健康的食物的关键。“

已知膳食纤维可促进健康，但典型的西方饮食缺乏高纤维水果，蔬菜，全谷物和豆类。纤维含有非常多样和复杂的分子集合。肠道细菌使用并赋予健康益处的各种纤维的特定组分通常是未知的。由于人类基因组拥有非常有限的基因库来分解膳食纤维，并且许多肠道细菌物种充满了这些基因，人们依靠肠道微生物来消化纤维。

为了了解哪种类型的纤维促进人体肠道中不同类型的有益微生物的代表性及其活性成分的性质，研究人员筛选了食品公司Mondelez International提供的34种纤维。他们的清单包括在食品生产过程中经常丢弃的纤维，如水果和蔬菜皮和谷壳。

研究人员首先将无菌条件下饲养的小鼠定居在一起，这些小鼠是从健康人体内培养出来的一系列肠道细菌。对这些生物的基因组进行测序以清点其基因。最初给含有该模型人肠道群的小鼠组喂食高饱和脂肪和低纤维的人类基础饮食。接下来，研究人员筛选了144种含有不同类型和数量纤维补充剂的衍生饮食。研究人员监测了添加的纤维对模型肠道群落成员水平的影响，以及由其基因组编码的蛋白质的表达。

“微生物是高级教师，”戈登说。“对不同纤维有反应的微生物基因提供了一个重要线索，即给定社区成员喜欢消费的特定类型纤维中的哪种分子。”

第一作者，戈登实验室的博士后研究员Michael L. Patnode博士说：“我们的筛选鉴定了食品级纤维，它们选择性地影响属于一组称为拟杆菌的细菌的不同物种。我们的实验表明，在豌豆纤维中，活性物质分子成分包括一种称为阿拉伯聚糖的多糖，而在从橙皮中回收的柑橘果胶中，另一种称为高聚半乳糖醛酸的多糖是造成细菌膨胀的原因。

研究人员发现了肠道细菌物种之间的相互作用，这有助于解释纤维对拟杆菌属物种的选择性影响。事实证明，他们社区中的一些拟杆菌直接相互竞争消费膳食纤维成分，而另一些则推迟到邻居。据研究人员称，了解这些关系对于开发由在肠道中共同生活的不同微生物群体进行最佳加工的食物非常重要。

为了剖析这些关系，Patnode创造了由不同类型的磁性微观玻璃珠组成的人造食物颗粒。每种类型含有与给定类型的结合荧光标记结合的珠子表面上给定的纤维衍生多糖。将不同珠子类型的集合同时引入到用人肠道微生物群落定殖的不同组小鼠的肠中 - 有或没有故意遗漏其一个或多个拟杆菌成员。然后在通过这些动物的肠后回收食物颗粒，并测量残留在颗粒表面上的多糖的量。